DE19639114A1 - Heat-transfer device with stacked plate construction e.g. for high temperature, cooling device in electric vehicles - Google Patents
Heat-transfer device with stacked plate construction e.g. for high temperature, cooling device in electric vehiclesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager mit ei nem Plattenstapelaufbau aus mehreren, übereinandergestapel ten, mit Durchbrüchen versehenen Platten.The invention relates to a heat exchanger with egg nem plate stack construction from several, stacked one above the other perforated plates.
Die vorliegende Anmeldung ist eine Zusatzanmeldung zu der deutschen Patentanmeldung Nr. 195 28 117.9 als Hauptanmel dung. Der Inhalt dieser Hauptanmeldung dient als Basis für die vorliegende Anmeldung und wird daher zur Vermeidung unnö tiger Wiederholungen in vollem Umfang hierin durch Verweis aufgenommen.This application is an additional application to the German patent application No. 195 28 117.9 as the main application dung. The content of this main application serves as the basis for the present application and is therefore unnecessary to avoid repetitions in full herein by reference added.
In der Hauptanmeldung sind Wärmeübertrager der eingangs ge nannten Art beschrieben, welche die Merkmale a bis c.2 des Anspruchs 1 aufweisen. Diese Wärmeübertrager mit Plattensta pelaufbau lassen sich mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen und eignen sich zur getrennten Durchströmung mit wenigstens zwei Wärmeübertragungsfluiden, wobei weitgehend laminare Strömungsverhältnisse und ein zufriedenstellendes Wärmeübertragungsvermögen gewährleistet sind.In the main application, heat exchangers are initially ge described type, which features a to c.2 of Have claim 1. This heat exchanger with Plattensta pel build-up can be done with comparatively little effort manufacture and are suitable for separate flow with at least two heat transfer fluids, largely laminar flow conditions and a satisfactory Heat transfer capacity are guaranteed.
Bei den in der Hauptanmeldung explizit gezeigten und be schriebenen Ausführungsbeispielen sind die Platteneinheiten eines jeweiligen Wärmeübertrager-Plattenstapels sämtlich von rechteckförmiger Gestalt. Die Verbindungskanal-Durchbrüche erstrecken sich in Form von Langlöchern entlang der jeweili gen Rechteckseiten. Eine Reihe parallel nebeneinanderliegen der Strömungskanal-Durchbrüche einer jeweiligen Strömungs kanalplatteneinheit überlappt endseitig im wesentlichen mit dem gesamten Durchtrittsquerschnitt des seitengleichen Ver bindungskanal-Durchbruchs einer benachbarten Verbindungsab deckplatteneinheit, wobei der Überlappungsquerschnitt den Öffnungsquerschnitt des dadurch gebildeten Verteiler- oder Sammelkanals auf der betreffenenden Plattenstapelseite be stimmt. Dabei erstrecken sich Trennstege, welche die parallel nebeneinanderliegenden Strömungskanal-Durchbrüche einer je weiligen Strömungskanalplatteneinheit lateral voneinander be abstanden, mit ihren Endbereichen quer durch den Verteiler- bzw. Sammelkanal hindurch.For those explicitly shown in the main application and be The exemplary embodiments described are the plate units of a respective heat exchanger plate stack all of rectangular shape. The connection channel breakthroughs extend in the form of elongated holes along the respective towards rectangular sides. Lay a row next to each other in parallel the flow channel breakthroughs of a respective flow channel plate unit essentially overlaps at the end the entire passage cross section of the ver connection channel breakthrough of an adjacent connection cover plate unit, the overlap cross section Opening cross section of the distributor or Be collecting channel on the relevant plate stack side Right. Separators, which are parallel, extend side-by-side flow channel openings one each because flow channel plate unit laterally from each other distance, with their end areas across the distributor or Collecting channel through.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel lung eines Wärmeübertragers mit Plattenstapelaufbau gemäß An spruch 1 der Hauptanmeldung zugrunde, der eine besonders gün stige Fluidströmungscharakteristik mit geringen Druckverlu sten besitzt und dennoch in einer relativ kompakten Bauform realisierbar ist.The invention is the technical problem of providing development of a heat exchanger with plate stack construction according to an Proof 1 of the main application, which is a particularly fine constant fluid flow characteristics with low pressure drop most, but still in a relatively compact design is feasible.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Wärmeübertragers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zu sätzlich zu den in der Hauptanmeldung explizit angegebenen Merkmalen ist bei diesem Wärmeübertrager speziell vorgesehen, daß je ein Verbindungskanal-Durchbruch an jedem Plattensei tenbereich sowohl der Verbindungsabdeckplatteneinheiten als auch der Strömungskanalplatteneinheiten vorgesehen ist, wobei die überlappenden Verbindungskanal-Durchbrüche einer jeweili gen Plattenstapelseite einen außerhalb des Bereichs der Strö mungskanal-Durchbrüche liegenden Anschlußkanal bilden, von dem aus sich die Verbindungskanal-Durchbrüche mit Ausnahme derjenigen, die benachbart zu den Enden der Strömungskanal- Durchbrüche in den jeweiligen Strömungskanalplatteneinheiten angeordnet sind, mit einem inneren Teil in den Bereich der seitengleichen Enden der Strömungskanal-Durchbrüche er strecken.The invention solves this problem by providing it a heat exchanger with the features of claim 1. Zu in addition to those explicitly stated in the main application Features is specially provided in this heat exchanger that a connection channel breakthrough on each plate area of both the connection cover plate units and the flow channel plate units is also provided, wherein the overlapping connection channel breakthroughs of a respective one plate stack side out of range of flow mungskanal breakthroughs lying lying channel form with the exception of the connection channel breakthroughs of those that are adjacent to the ends of the flow channel Breakthroughs in the respective flow channel plate units are arranged with an inner part in the area of same-sided ends of the flow channel breakthroughs stretch.
Dies bedeutet, daß der Gesamtdurchtrittsquerschnitt eines je weiligen Verteiler- bzw. Sammelkanals im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäß Hauptanmeldung nicht auf den Überlappungsquerschnitt der Verbindungskanal-Durchbrüche mit den Strömungskanal-Durchbrüchen beschränkt ist, sondern zu sätzlich den demgegenüber vorzugsweise deutlich größeren Durchtrittsquerschnitt des zugehörigen Anschlußkanals umfaßt. Durch entsprechende Wahl des jeweiligen Anschlußkanal- Durchtrittsquerschnitts kann bei gegebener Plattendicke und Plattenanzahl im Plattenstapel für den dadurch bestimmten Ge samtdurchtrittsquerschnitt der jeweils miteinander in Fluid verbindung stehenden Strömungskanal-Durchbrüche ein dazu pas sender Durchtrittsquerschnitt des zugehörigen Verteiler- bzw. Sammelkanals eingestellt werden. Zudem wird durch diese An schlußkanalbildung eine günstige Fluidströmungscharakteristik für die Verteiler- und Sammelkanäle sowie für das Einströmen in die Strömungskanal-Durchbrüche und für das Ausströmen aus denselben erzielt. Insgesamt läßt sich damit ein kompakt bau ender Wärmeübertrager in Plattenstapelbauweise mit laminaren Strömungsverhältnissen, geringen Geschwindigkeitsgradienten in Strömungsrichtung und geringen Umlenkungs- und Stoßdruck verlusten realisieren.This means that the total cross section of one each because of the distribution or collection channel in contrast to the Embodiments according to the main application not on the Overlap cross section of the connecting channel openings the flow channel breakthroughs is limited, but too in addition, the preferably significantly larger Passage cross section of the associated connecting channel includes. By appropriate selection of the respective connection channel The passage cross-section can be given a given plate thickness and Number of plates in the plate stack for the Ge determined thereby total flow cross section of each in fluid connected flow channel breakthroughs Transmitter cross section of the associated distributor or Collecting channel can be set. In addition, by this An end channel formation a favorable fluid flow characteristic for the distribution and collecting channels as well as for the inflow into the flow channel breakthroughs and for the outflow achieved the same. Overall, it can be compact End heat exchanger in plate stack construction with laminar Flow conditions, low speed gradients in the direction of flow and low deflection and impact pressure realize losses.
Ein nach Anspruch 2 weitergebildeter Wärmeübertrager ist so dimensioniert, daß der Durchtrittsquerschnitt eines jeweili gen, von den sich überlappenden, seitengleichen Verbindungs kanal-Durchbrüchen gebildeten Verteiler- bzw. Sammelkanals mindestens so groß ist wie der Gesamtdurchtrittsquerschnitt aller mit diesem in Fluidverbindung stehenden Strömungskanal- Durchbrüche. Dies trägt zur Vermeidung unerwünscht hoher Druckverluste bei.A further developed according to claim 2 heat exchanger is so dimensioned that the passage cross section of a resp from the overlapping, side-by-side connection channel breakthroughs formed distribution or collection channel is at least as large as the total passage cross-section all flow channel connections in fluid communication with this Breakthroughs. This helps avoid undesirably high levels Pressure losses at.
Ein nach Anspruch 3 weitergebildeter Wärmeübertrager besitzt eine spezielle, optimierte Plattenstapelgeometrie, die einer seits günstige Strömungs- und Wärmeübertragungseigenschaften besitzt und sich andererseits relativ einfach herstellen läßt. In weiterer Ausgestaltung dieses Wärmeübertragers ist der Plattenstapel gemäß Anspruch 4 auf einer Stirnseite mit einer Deckplatte abgeschlossen, während am gegenüberliegenden Stirnende eine Anschlußplatte vorgesehen ist, die Anschluß öffnungen zu den je zwei Verteiler- und Sammelkanälen auf weist. Auf diese Weise können die beiden, den Wärmeübertrager durchströmenden Fluide an einem Plattenstirnende in Richtung der Stapellängsachse zu- und abgeführt werden.A further developed according to claim 3 heat exchanger a special, optimized plate stack geometry that one partly favorable flow and heat transfer properties owns and is relatively easy to manufacture leaves. In a further embodiment of this heat exchanger the plate stack according to claim 4 with an end face one cover plate completed while on the opposite A connection plate is provided at the front, the connection openings to the two distribution and collecting channels points. In this way, the two, the heat exchanger flowing fluids at a plate end in the direction the longitudinal axis of the stack can be fed in and out.
Ein bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:A preferred embodiment of the invention is in the Drawings shown and will be described below. Here show:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Plattenstapel eines Wärme übertragers mit Teilschnitten in unterschiedlichen Plattenebenen, Fig. 1 is a plan view of a plate package of a heat transformer with partial sections in different board layers,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine für den Plattenstapel von Fig. 1 verwendete Deckplatte, FIG. 2 shows a top view of a cover plate used for the plate stack of FIG. 1, FIG.
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine der für den Plattenstapel von Fig. 1 verwendeten Strömungskanalplatten, Fig. 3 is a plan view of one of the flow channel plates used for the stack of plates of FIG. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine der für den Plattenstapel von Fig. 1 verwendeten Verbindungsabdeckplatten, Fig. 4 is a plan view of one of Verbindungsabdeckplatten used for the stack of plates of FIG. 1,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine für den Plattenstapel von Fig. 1 verwendete, zweiteilige Anschlußplatteneinheit und Fig. 5 is a plan view of a two-part connecting plate unit and used for the plate stack of Fig. 1
Fig. 6 eine Perspektivansicht des Wärmeübertragers mit dem Plattenstapel von Fig. 1. Fig. 6 is a perspective view of the heat exchanger to the stack of plates Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Wärmeübertrager-Plattenstapel 1 in einer Draufsicht dargestellt, die ihn jeweils teilweise in drei un terschiedlichen Ebenen zeigt, um seine Strömungscharakteri stik zu veranschaulichen. Die linke Hälfte von Fig. 1 zeigt den Stapel 1 in einer Ebene mit einer obenliegenden Strö mungskanalplatte 2a, deren rechte Hälfte in Fig. 1 wegge schnitten ist, wodurch im oberen, rechten Quadranten ein Viertel einer darunterliegenden Verbindungsabdeckplatte 3 zu sehen ist, deren übrige Viertel zu den beiden Stapelquerach sen 4, 5 spiegelsymmetrisch gestaltet sind. Durch Wegschnei den des in Fig. 1 rechten, unteren Quadranten dieser Verbin dungsabdeckplatte 3 ist eine unter dieser liegende, weitere Strömungskanalplatte 2b zu erkennen. Beide Strömungskanal platten 2a, 2b sind als identische Bauteile gefertigt und be inhalten in einem quadratischen Mittenbereich eine Reihe pa ralleler, geradliniger Strömungskanal-Durchbrüche 6, die über schmale Trennstege 7 lateral voneinander getrennt sind. Die durch die zwischenliegende Verbindungsabdeckplatte 3 vonein ander getrennten Strömungskanalplatten 2a, 2b sind um 90° ge geneinander versetzt im Plattenstapel 1 angeordnet, so daß die Strömungskanäle 6 der einen Strömungskanalplatte 2a senk recht zu denjenigen der anderen Strömungskanalplatte 2b ver laufen und von diesen durch den abdeckenden Mittenbereich der Verbindungsabdeckplatte 3 getrennt sind.In Fig. 1, a heat exchanger plate stack 1 is shown in a plan view, which shows it partially in three different planes to illustrate its flow characteristics. The left half of Fig. 1 shows the stack 1 in a plane with an overhead flow channel plate 2 a, the right half of which is cut away in Fig. 1, whereby in the upper right quadrant a quarter of an underlying connection cover plate 3 can be seen, the remaining quarters of the two Stapelquerach sen 4 , 5 are designed mirror-symmetrical. By Wegschnei the in Fig. 1, right, lower quadrant of this connec tion cover plate 3 , a further flow channel plate 2 b lying below this can be seen. Both flow channel plates 2 a, 2 b are manufactured as identical components and be in a square central area a series pa ralleler, straight-line flow channel openings 6 , which are laterally separated from each other via narrow dividers 7 . The through the intermediate connection cover plate 3 vonein other separate flow channel plates 2 a, 2 b are offset by 90 ° ge against each other in the plate stack 1 , so that the flow channels 6 of a flow channel plate 2 a perpendicular to those of the other flow channel plate 2 b and run ver these are separated by the covering central area of the connecting cover plate 3 .
Der Plattenstapel 1 besteht aus einer beliebigen, gewünschten Anzahl einzelner, in dieser Weise übereinandergeschichteter Platten, wobei jeweils eine Strömungskanalplatte mit einer Verbindungsabdeckplatte abwechselt und aufeinanderfolgende Strömungskanalplatten mit zueinander senkrechten Strömungska nal-Durchbrüchen 6 angeordnet sind. Dies realisiert einen Kreuzstrom-Wärmeübertrager, bei dem zwei Fluide, zwischen de nen Wärme übertragen werden soll, im Kreuzstrom durch den Plattenstapel 1 geführt werden, wie dies in der Hauptanmel dung zum dortigen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben ist, das insoweit dem vorliegenden Wärmeübertra ger entspricht.The plate stack 1 consists of any desired number of individual, in this way stacked plates, each alternating a flow channel plate with a connecting cover plate and successive flow channel plates with mutually perpendicular flow channel openings 6 are arranged. This realizes a cross-flow heat exchanger, in which two fluids, between de NEN heat to be transferred, are guided in cross-flow through the plate stack 1 , as described in more detail in the main application for the exemplary embodiment of FIGS. 1 to 3 there, so far corresponds to the present heat exchanger.
Alle Platten des Plattenstapels 1 sind aus Blechplatten gemäß einer der in der Hauptanmeldung beschriebenen Arten gefertigt und weisen eine konforme Außengestalt auf. Dabei besitzen sie vier Außenbereiche, von denen sich jeder von einer zugehöri gen Seite des Mittenbereichs halbkreisförmig nach außen wölbt. Diese Außenbereiche bilden Hohlformen und definieren so Verbindungskanal-Durchbrüche, die auf der jeweiligen Plat tenstapelseite unter Bildung je eines in Stapellängsrichtung verlaufenden, halbzylinderförmigen Anschlußkanals 8a, 8b, 8c, 8d überlappen. Diese Anschlußkanäle 8a bis 8d liegen außer halb des Bereichs der Strömungskanal-Durchbrüche 6, und je zwei sich gegenüberliegende Anschlußkanäle 8a, 8c bzw. 8b, 8d bilden zusammen mit Mündungsbereichen entlang der jeweiligen Seite des Stapelmittenbereichs einen Verteiler- und einen Sammelkanal, über die das jeweilige Fluid den damit in Fluidverbindung stehenden Strömungskanal-Durchbrüchen 6 par allel zugeführt und auf der gegenüberliegenden Seite wieder abgeführt wird.All plates of the plate stack 1 are made of sheet metal plates according to one of the types described in the main application and have a conforming outer shape. They have four outer areas, each of which bulges outwards from an associated side of the central area in a semicircle. These outer areas form hollow shapes and thus define connection channel openings which overlap on the respective plate stack side to form a semi-cylindrical connecting channel 8 a, 8 b, 8 c, 8 d running in the longitudinal direction of the stack. These connection channels 8 a to 8 d lie outside the area of the flow channel openings 6 , and two opposite connection channels 8 a, 8 c and 8 b, 8 d form together with mouth areas along the respective side of the stack center area a distributor and a collecting channel, via which the respective fluid is supplied to the flow channel openings 6, which are in fluid communication therewith, and is discharged again on the opposite side.
Die Strömungsführung für die beiden im Kreuzstrom hindurchge führten Fluide läßt sich am besten durch die nachfolgend an hand der Fig. 2 bis 5 gegebene Erläuterung des Aufbaus des Plattenstapels 1 verstehen, in denen die verschiedenen, dafür verwendeten Platten einzeln dargestellt sind. Der Plattensta pelaufbau beginnt z. B. mit einer in Fig. 2 gezeigten Deck platte 9, die keine Durchbrüche zur Fluiddurchströmung auf weist und den Plattenstapel 1 auf einer Stirnseite ab schließt. An diese Deckplatte 9 schließt sich eine erste Strömungskanalplatte 2 an, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Wie erwähnt, besitzt die Strömungskanalplatte 2 einen quadra tischen Mittenbereich mit einer Reihe parallel nebeneinander liegender, geradliniger Strömungskanal-Durchbrüche 6, die durch die schmalen Trennstege 7 lateral voneinander beabstan det sind. An die vier Seiten des Mittenbereichs schließen sich vier halbkreisförmig nach außen vorgewölbte Strömungs kanalplatten-Außenbereiche 10a bis 10d an, die je einen Ver bindungskanal-Durchbruch 11a bis 11d definieren. Dabei schließen diejenigen beiden, sich gegenüberliegenden Außenbe reiche 10b, 10d, welche den Enden der Strömungskanal- Durchbrüche 6 benachbart sind, mit ihrer innenseitigen Be grenzung geradlinig mit geringem Abstand zu diesen Enden der Strömungskanal-Durchbrüche 6 ab. Demgegenüber besitzen die beiden anderen, sich gegenüberliegenden Außenbereiche entlang ihrer innenseitigen Begrenzung eine kammartige Struktur aus einzelnen Kammstegen 12. An den Außenseiten der sich in Längsrichtung der Strömungskanal-Durchbrüche 6 gegenüberlie genden Außenbereiche 10b, 10d sind Markierungsnocken 13 ange bracht, an denen sich von außen die Strömungsrichtung einer jeden Strömungskanalplatte 2 im fertigen Plattenstapel 1 ab lesen läßt.The flow guidance for the two fluids in cross-flow can best be understood by the explanation given below with reference to FIGS. 2 to 5 of the structure of the plate stack 1 , in which the various plates used are shown individually. The Plattensta stack construction begins, for. B. with a plate shown in Fig. 2 9 , which has no breakthroughs for fluid flow and closes the plate stack 1 on one end. A first flow channel plate 2 adjoins this cover plate 9 , as shown in FIG. 3. As mentioned, the flow channel plate 2 has a quadra table center area with a series of parallel, straight flow channel openings 6 , which are laterally separated by the narrow separating webs 7 . On the four sides of the central area are four semicircular outward bulging flow channel plate outer areas 10 a to 10 d, each defining a Ver connection channel breakthrough 11 a to 11 d. These two, opposite Außenbe rich 10 b, 10 d, which are adjacent to the ends of the flow channel breakthroughs 6 , with their inside Be straight line with a small distance to these ends of the flow channel breakthroughs 6 from. In contrast, the two other, opposite outer regions have a comb-like structure made up of individual comb webs 12 along their inner boundary. On the outer sides of the in the longitudinal direction of the flow channel openings 6 opposite lying areas 10 b, 10 d, marker cams 13 are introduced , on which the flow direction of each flow channel plate 2 in the finished plate stack 1 can be read from the outside.
Auf die Strömungskanalplatte 2 folgt dann im Stapel die in Fig. 4 gezeigte Verbindungsabdeckplatte 3, die einen nicht durchbrochenen, abdeckenden Mittenbereich 3a sowie vier Ver bindungsabdeckplatten-Außenbereiche 14a bis 14d aufweist, die sich analog zu den Strömungskanalplatten-Außenbereichen 10a bis 10d von jeder Seite des Mittenbereichs 3a halbkreisförmig als geschlossene Hohlform nach außen erstrecken und dadurch einen jeweiligen Verbindungskanal-Durchbruch 15a bis 15d ein schließen. Dabei weisen in diesem Fall alle vier Außenberei che 14a bis 14d entlang ihrer inneren, an den Mittenbereich 3a angrenzenden Seite die kammartige Struktur mit mehreren Kammstegen 16 auf. Beim Auflegen der Verbindungsabdeckplatte 3 von Fig. 4 auf die Strömungskanalplatte 2 von Fig. 3 kommen zum einen die beiden Kammstegstrukturen 12 der letzteren fluchtend gegen die seitengleichen Kammstegstrukturen 16 der Verbindungsabdeckplatte 3 zur Anlage, und zum anderen kommen die beiden anderen Kammstegstrukturen 16 der Verbindungsab deckplatte 3 fluchtend gegen die Endbereiche der Trennstege 7 der Strömungskanalplatte 2 zur Anlage. Dementsprechend über lappen die beiden zugehörigen Verbindungskanal-Durchbrüche 15b, 15d der Verbindungsabdeckplatte 3 mit ihrem inneren, von der Kammstegstruktur 16 definierten Teil mit den seitenglei chen Enden der Strömungskanal-Durchbrüche 6 der darunterlie genden Strömungskanalplatte 2. The Verbindungsabdeckplatte shown in Fig. 4 3 having an imperforate, covering the central region 3 a and four Ver bindungsabdeckplatten outer regions 14 a to 14 d, the analog then follows the flow channel plate outer portions 10 a in the stack on the flow channel plate 2 to 10 d extend from each side of the central region 3 a semicircularly as a closed hollow shape to the outside and thereby include a respective connecting channel opening 15 a to 15 d. In this case, all four outer areas 14 a to 14 d along their inner side adjoining the central area 3 a have the comb-like structure with a plurality of comb webs 16 . When the connection cover plate 3 from FIG. 4 is placed on the flow channel plate 2 from FIG. 3, on the one hand the two comb web structures 12 of the latter come into contact with the same-like comb web structures 16 of the connection cover plate 3 , and on the other hand the two other comb web structures 16 of the connection cover plate come into contact 3 aligned with the end regions of the separating webs 7 of the flow channel plate 2 to the system. Accordingly, overlap the two associated connection channel openings 15 b, 15 d of the connection cover plate 3 with its inner part defined by the ridge structure 16 with the sides of the flow channel openings 6 of the underlying flow channel plate 2 .
Auf diese Weise stehen die Strömungskanal-Durchbrüche 6 einer jeweiligen Strömungskanalplatte endseitig mit den seitenglei chen Verbindungskanal-Durchbrüchen der benachbarten Verbin dungsabdeckplatten in Fluidverbindung, wie dies auch in Fig. 1 zu erkennen ist. Ersichtlich ist dabei der Überlappungs querschnitt deutlich geringer als der Durchtrittsquerschnitt des übrigen Teils der Verbindungskanal-Durchbrüche, welcher die äußeren Anschlußkanäle 8a bis 8d bildet. Dabei besitzen diejenigen beiden Verbindungskanal-Durchbrüche 11b, 11d der Strömungskanalplatten, die den Enden der Strömungskanal- Durchbrüche 6 benachbart sind, einen um die fehlende Kamin stegstruktur geringeren Durchtrittsquerschnitt als derjenige der anderen Verbindungskanal-Durchbrüche 11a, 11c, 15a bis 15d.In this way, the flow channel openings 6 of a respective flow channel plate are in fluid connection at the end with the side-side connection channel openings of the adjacent connection cover plates, as can also be seen in FIG. 1. It can be seen that the overlap cross section is significantly smaller than the passage cross section of the remaining part of the connecting channel openings, which forms the outer connecting channels 8 a to 8 d. Those two connection channel openings 11 b, 11 d of the flow channel plates, which are adjacent to the ends of the flow channel openings 6 , have a passage cross-section that is smaller by the missing chimney web structure than that of the other connection channel openings 11 a, 11 c, 15 a to 15 d.
Auf die Verbindungsabdeckplatte 3 von Fig. 4 folgt dann im Plattenstapel 1 wieder eine Strömungskanalplatte 2 gemäß Fig. 3, die jedoch gegenüber der auf der anderen Seite der Verbin dungsabdeckplatte 3 liegenden Strömungskanalplatte um 90° ge dreht aufgebracht ist, d. h. deren Strömungskanal-Durchbrüche 6 verlaufen senkrecht zu denen der Strömungskanalplatte auf der anderen Seite der Verbindungsabdeckplatte 3. Dies ent spricht der in Fig. 1 erkennbaren Plattenfolge aus erster Strömungskanalplatte 2a, Verbindungsabdeckplatte 3 und zwei ter Strömungskanalplatte 2b mit zu denjenigen der ersten senkrecht verlaufenden Strömungskanal-Durchbrüchen 6. An schließend folgt im Stapel 1 wieder eine Verbindungsabdeck platte 3, dann wieder eine Strömungskanalplatte 2 in zu der vorangegangenen um 90° gedrehter Lage usw., bis die gewünsch te Plattenanzahl erreicht ist. Auf diese Weise stehen die Strömungskanal-Durchbrüche 6 je eines Satzes übernächster Strömungskanalplatten 2 miteinander über einen Verteiler- und einen Sammelkanal in Fluidverbindung. Die letzte Strömungs kanalplatte 2 im Plattenstapel 1 kann wahlweise eine solche mit zu der ersten identischer Lage oder eine solche mit dazu um 90° verdrehter Lage sein. A flow channel panel 2, then follows the Verbindungsabdeckplatte 3 of Fig. 4 in the plate package 1 again as shown in FIG. 3 but which is opposite to the other on the side of Verbin dungsabdeckplatte 3 flow channel plate lying at 90 ° ge rotates applied, ie its flow channel openings 6 run perpendicular to those of the flow channel plate on the other side of the connection cover plate 3 . This corresponds to the disc sequence shown in FIG. 1 of the first flow channel plate 2 a, connection cover plate 3 and two ter flow channel plate 2 b with those of the first perpendicular flow channel openings 6 . At closing follows in the stack 1 again a connection cover plate 3 , then again a flow channel plate 2 in to the previous position rotated by 90 ° etc. until the desired number of plates is reached. In this way, the flow channel openings 6 each of a set of the next but one flow channel plates 2 are in fluid communication with one another via a distributor and a collecting channel. The last flow channel plate 2 in the plate stack 1 can optionally be one with the first identical position or one with a position rotated by 90 °.
Der Plattenstapel wird dann an seiner der Deckplatte 9 gegen überliegenden Stirnseite durch eine in Fig. 5 gezeigte, zwei teilige Anschlußplatteneinheit 17 abgeschlossen. Sie besteht aus einer unteren Platte, die vier Anschlußöffnungen 18a bis 18d aufweist und auf der die zugehörigen Anschlußrohre auf sitzen, sowie einer oberen, mit korrespondierenden Öffnungen versehenen Platte, die zur Positionierung der Anschlußrohre dient. Die Anschlußöffnungen 18a bis 18d überlappen jeweils mit dem zugehörigen Anschlußkanal 8a bis 8d des Plattensta pels 1 und weisen einen zu diesem vergleichbar großen Durch trittsquerschnitt auf. Dadurch bestimmt der jeweilige An schlußkanalquerschnitt den entlang der Stapellängsrichtung im wesentlichen gleichbleibenden Durchtrittsquerschnitt des be treffenden Verteiler- bzw. Sammelkanals.The plate stack is then closed off on its end face opposite the cover plate 9 by a two-part connecting plate unit 17 shown in FIG . It consists of a lower plate, which has four connection openings 18 a to 18 d and on which the associated connection pipes are seated, and an upper plate provided with corresponding openings, which serves to position the connection pipes. The connection openings 18 a to 18 d overlap each with the associated connection channel 8 a to 8 d of the Plattensta pels 1 and have a comparable to this passage cross-section. As a result, the respective connection channel cross-section determines the passage cross-section of the relevant distribution or collection channel which is substantially constant along the longitudinal direction of the stack.
Fig. 6 zeigt perspektivisch den fertiggestellten Wärmeüber trager-Plattenstapel 1. Wie daraus insbesondere in Verbindung mit Fig. 1 deutlich wird, können bei diesem Wärmeübertrager die beiden Fluide über die Anschlußöffnungen 18a bis 18d mit relativ großem Durchtrittsquerschnitt an einer Stirnseite des Plattenstapels 1 in den zugehörigen Verteilerkanal eingelei tet und aus dem zugehörigen Sammelkanal abgeführt werden. Da bei kann bei gegebener Ausdehnung des Stapelmittenbereichs und gegebener Plattenanzahl der Durchtrittsquerschnitt des jeweiligen Verteiler- bzw. Sammelkanals durch passende Dimen sionierung der Plattenaußenbereiche 10a bis 10d, 14a bis 14d optimal eingestellt werden, z. B. mindestens so groß wie der effektive Gesamtdurchtrittsquerschnitt aller damit in Fluidverbindung stehenden Strömungskanal-Durchbrüche 6. Wie in Verbindung mit Fig. 1 ersichtlich, ist der Durchtritts querschnitt der Verteiler- und Sammelkanäle durch die äuße ren, die Anschlußkanäle 8a bis 8d definierenden Teile der Verbindungskanal-Durchbrüche außerhalb des Bereichs der Strö mungskanal-Durchbrüche 6 und nicht wie bei der Hauptanmeldung durch deren Überlappungsbereich mit den Strömungskanal- Durchbüchen 6 bestimmt. Vom jeweiligen Verteiler-Anschluß kanal gelangt das Fluid in den Überlappungsbereich und von dort in die zugehörigen Strömungskanal-Durchbrüche, die es dann durchquert und über den gegenüberliegenden Überlappungs bereich und den betreffenden Sammel-Anschlußkanal wieder ver läßt. Dadurch wird bei noch immer relativ kompaktem Platten stapelaufbau ein Wärmeübertrager mit optimierter Anschlußgeo metrie für die Strömungskanal-Durchbrüche 6 bereitgestellt, mit der sich besonders geringe Druckverluste erreichen las sen. Fig. 6 shows a perspective of the finished heat transfer plate stack 1st As is particularly clear from this in connection with FIG. 1, in this heat exchanger, the two fluids can be introduced via the connection openings 18 a to 18 d with a relatively large passage cross section at one end face of the plate stack 1 into the associated distribution channel and discharged from the associated collecting channel . Since at a given extent of the stack center area and given number of plates, the passage cross section of the respective distributor or collecting channel can be optimally adjusted by suitable dimensioning of the plate outer regions 10 a to 10 d, 14 a to 14 d, for. B. at least as large as the effective total cross section of all flow channel openings 6 in fluid communication therewith. As can be seen in connection with Fig. 1, the passage cross-section of the distribution and collection channels through the outer ren, the connecting channels 8 a to 8 d defining parts of the connecting channel breakthroughs outside the area of the flow channel breakthroughs 6 and not as in the The main application is determined by its overlap area with the flow channel openings 6 . From the respective manifold connection channel, the fluid passes into the overlap area and from there into the associated flow channel openings, which it then crosses and leaves over the opposite overlap area and the relevant collecting connection channel. As a result, a heat exchanger with an optimized connection geometry for the flow channel breakthroughs 6 is provided with a still relatively compact plate stack structure, with which particularly low pressure losses can be achieved.
In den Mündungsbereichen der Strömungskanal-Durchbrüche 6 stützen die Kammstegstrukturen 12, 16 die Endbereiche der Trennstege 7 ab, indem sie mit diesen zusammen eine in Sta pelrichtung durchgehende Stegstruktur bilden. Dies gibt den Mündungsbereichen zwischen den außenliegenden Anschlußkanälen 8a bis 8d und dem wärmeübertragungsaktiven Stapelmittenbe reich eine ausreichende Stabilität auch im aktiven, fluid durchströmten Zustand.In the mouth areas of the flow channel openings 6 , the comb web structures 12 , 16 support the end areas of the separating webs 7 by forming a continuous web structure with them in the stacking direction. This gives the mouth areas between the outer connection channels 8 a to 8 d and the heat-transfer-active Stapelmittenbe rich sufficient stability even in the active, fluid-flowed state.
Es versteht sich, daß sich neben dem gezeigten auch andere erfindungsgemäße Wärmeübertrager realisieren lassen. Bei spielsweise kann anstelle der gezeigten Anschlußgeometrie, bei der alle vier Anschlußöffnungen auf einer Seite liegen, auch eine Anschlußgeometrie gewählt werden, bei der je zwei Anschlußöffnungen auf gegenüberliegenden Plattenstapelseiten oder drei Anschlußöffnungen auf der einen und die vierte An schlußöffnung auf der gegenüberliegenden Plattenstapelseite angeordnet sind. Dazu brauchen gegenüber dem gezeigten Bei spiel lediglich entsprechend modifizierte Anschlußplattenein heiten verwendet zu werden, während der übrige Plattenstapel aufbau gleich bleiben kann.It goes without saying that in addition to what is shown, there are also others Heat exchanger according to the invention can be realized. At for example, instead of the connection geometry shown, with all four connection openings on one side, also a connection geometry can be selected, with two Connection openings on opposite sides of the stack of plates or three connection openings on the one and the fourth on closing opening on the opposite side of the stack of plates are arranged. To do this compared to the shown play only appropriately modified connector plates units to be used while the rest of the plate stack construction can remain the same.
Im übrigen besitzt der vorliegende Wärmeübertrager selbstver ständlich auch die bereits in der Hauptanmeldung zu den dort beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnten Eigenschaften und Vorteile.Otherwise, the present heat exchanger has self-ver of course also in the main registration for those there Described embodiments mentioned properties and benefits.
Claims (4)
- a) Strömungskanalplatteneinheiten (2) mit einem oder mehreren nebeneinanderliegenden Strömungskanal-Durchbrüchen (6), die sich zwischen zwei Plattenseitenbereichen erstrecken, sowie mit Verbindungskanal-Durchbrüchen (11a bis 11d), die von den Strömungskanal-Durchbrüchen getrennt angeordnet sind, und
- b) Verbindungsabdeckplatteneinheiten (3) vorgesehen sind, die wenigstens in zwei Plattenseitenbereichen angeordnete Verbin dungskanal-Durchbrüche (15a bis 15d) aufweisen, wobei
- c) die Strömungskanalplatteneinheiten und die Verbindungsab deckplatteneinheiten abwechselnd so übereinandergestapelt sind, daß
- c.1) keine Fluidverbindung zwischen den Strömungskanal-Durch brüchen benachbarter Strömungskanalplatteneinheiten besteht und
- c.2) die seitengleichen Enden der Strömungskanal-Durchbrüche einer jeweiligen Strömungskanalplatteneinheit über einen überlappenden Verbindungskanal-Durchbruch einer angrenzenden Verbindungsabdeckplatteneinheit untereinander sowie über überlappende Verbindungskanal-Durchbrüche anschließender Platteneinheiten mit den seitengleichen Enden der Strömungs kanal-Durchbrüche einer jeweils übernächsten Strömungskanal platteneinheit in Fluidverbindung stehen, und wobei
- d) je ein Verbindungskanal-Durchbruch (11a bis 11d, 15a bis 15d) an jedem Plattenseitenbereich sowohl der Strömungskanal platteneinheiten (2) als auch der Verbindungsabdeckplatten einheiten (3) vorgesehen ist, wobei die jeweils seitenglei chen, sich überlappenden Verbindungskanal-Durchbrüche mit ei nem äußeren Teil einen außerhalb des Bereichs der Strömungs kanal-Durchbrüche (6) liegenden Anschlußkanal (8a bis 8d) bilden, von dem aus sie sich mit Ausnahme derjenigen (11b, 11d), die benachbart zu den Enden der Strömungskanal-Durch brüche in den jeweiligen Strömungskanalplatteneinheiten (2) angeordnet sind, mit einem inneren Teil überlappend in den Bereich der seitengleichen Enden der Strömungskanal-Durch brüche (6) erstrecken.
- a) flow channel plate units ( 2 ) with one or more adjacent flow channel openings ( 6 ), which extend between two plate side areas, and with connecting channel openings ( 11 a to 11 d), which are arranged separately from the flow channel openings, and
- b) connection cover plate units ( 3 ) are provided, which have at least two connection side areas arranged connec tion channel openings ( 15 a to 15 d), wherein
- c) the flow channel plate units and the Verbindungsab cover plate units are alternately stacked so that
- c.1) there is no fluid connection between the flow channel breakthroughs of adjacent flow channel plate units and
- c.2) the same-sided ends of the flow channel openings of a respective flow channel plate unit are in fluid communication via an overlapping connection channel opening of an adjacent connection cover plate unit with one another and overlapping connection channel openings of adjacent plate units with the same-sided ends of the flow channel openings of a respective next but one flow channel plate unit, and where
- d) a connection channel opening ( 11 a to 11 d, 15 a to 15 d) is provided on each plate side area, both the flow channel plate units ( 2 ) and the connection cover plate units ( 3 ), the respective side, overlapping connection channel -Durchbrüche with egg nem outer part a is outside the range of the flow channel openings (6) connection channel lying (8 a d to 8) form, from which they are other than those (11b, 11d) adjacent to the ends of the Flow channel breakthroughs are arranged in the respective flow channel plate units ( 2 ), with an inner part overlapping in the region of the same-sided ends of the flow channel breakthroughs ( 6 ).
- - die Platteneinheiten (2, 3) einen rechteckförmigen Mitten bereich aufweisen, an den sich entlang jeder seiner vier Sei ten je ein nach außen gewölbter Außenbereich (10a bis 10d, 14a bis 14d) anschließt,
- - die Mittenbereiche der Strömungskanalplatteneinheiten (2) eine Mehrzahl von parallelen, durch Trennstege (7) lateral voneinander beabstandeten Strömungskanal-Durchbrüchen (6) aufweisen, wobei die Strömungskanal-Durchbrüche aufeinander folgender Strömungskanalplatteneinheiten zueinander senkrecht verlaufen,
- - die Mittenbereiche (3a) der Verbindungsabdeckplattenein heiten (3) als Abdeckbereiche für die jeweils angrenzenden Strömungskanal-Durchbrüche (6) fungieren und
- - die Außenbereiche (10a bis 10d, 14a bis 14d) geschlossene, die Verbindungskanal-Durchbrüche (11a bis 11d, 15a bis 15d) enthaltende Hohlformen bilden, wobei alle Außenbereiche (14a bis 14d) jeder Verbindungsabdeckplatteneinheit (3) sowie die beiden querseits der Strömungskanal-Durchbrüche (6) jeder Strömungskanalplatteneinheit (2) angeordneten Außenbereiche (10a bis 10d) entlang ihrer dem Mittenbereich zugewandten Seite eine kammartige Stegstruktur (12, 16) derart aufweisen, daß die seitengleichen, kammartigen Stegstrukturen zusammen mit den seitengleichen Enden der die Strömungskanal-Durch brüche lateral trennenden Trennstege eine in Stapellängsrich tung durchgehende, den jeweiligen Mündungsbereich der Strö mungskanal-Durchbrüche stabilisierende Stegstruktur bilden.
- - The plate units ( 2 , 3 ) have a rectangular central area, which is followed by an outwardly curved outer area ( 10 a to 10 d, 14 a to 14 d) along each of its four sides,
- the center areas of the flow channel plate units ( 2 ) have a plurality of parallel flow channel openings ( 6 ) laterally spaced apart by separating webs ( 7 ), the flow channel openings running in succession of successive flow channel plate units being perpendicular to one another,
- - The central areas ( 3 a) of the connecting cover plates ( 3 ) act as cover areas for the respective adjacent flow channel openings ( 6 ) and
- - The outer areas ( 10 a to 10 d, 14 a to 14 d) form closed, the connecting channel openings ( 11 a to 11 d, 15 a to 15 d) containing hollow forms, with all outer areas ( 14 a to 14 d) each Connection cover plate unit ( 3 ) and the two outer regions ( 10 a to 10 d) arranged on the opposite side of the flow channel openings ( 6 ) of each flow channel plate unit ( 2 ) have a comb-like web structure ( 12 , 16 ) along their side facing the central region such that the sides are the same, comb-like web structures together with the ends of the same side of the separating webs laterally separating the flow channel openings form a web structure which is continuous in the longitudinal direction of the stack and stabilizes the respective mouth region of the flow channel openings.
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